JP4306900B2

JP4306900B2 - 二次電池の充電方法

Info

Publication number: JP4306900B2
Application number: JP30662799A
Authority: JP
Inventors: 昌男山口; 敬二平尾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001126773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の充電が完了したときに残存容量を正確に補正できる充電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、残りの放電容量、すなわち残存容量を表示して便利に使用できる。いつまで使用できるかが明確になるからである。電池の残存容量は、充電電流や放電電流、あるいは電圧値から演算される。電池の残存容量は、充電した容量から放電した容量を減算して計算できる。この方法は、充電した容量を、充電電流を積算して計算し、放電した容量を、放電電流を積算して計算して、電池電圧を検出する方法よりも正確に残存容量を求めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現実に使用される電池は、つねに満充電した状態から完全に放電される状態、また完全に放電された状態から満充電される状態では使用されない。途中まで充電し、あるいは途中まで放電される状態を繰り返しながら、充放電される。このため、充電電流と放電電流の積算値で残存容量を演算する方法は、充放電を繰り返すにしたがって、演算した残存容量が、電池の現実の残存容量から相違するようになる。
【０００４】
充電した容量は充電電流の積算値で演算しているが、充電電流は電池の充電に全てが使用されない。このことを補正するために、充電電流の積算値に充電効率をかけて残存容量を修正している。しかしながら、充電効率を、正確に特定することは非常に難しい。また、充電効率は、電池の温度や使用環境によって変化する。このため、充電効率を常に正確な値として充電した容量を演算することは実際には極めて難しい。充電電流の積算値から演算された充電容量に誤差ができると、充電した容量から放電した容量を減算して計算される残存容量も誤差ができる。さらに、充電と放電を繰り返すにしたがって、その誤差は累積されて、残存容量が現実の電池の残存容量と異なる値となってしまう。
【０００５】
このような欠点を解消するために、電池を満充電したときと、完全に放電したときに残存容量を補正している。たとえば、満充電した電池の残存容量を１００％として、完全に放電した電池の残存容量を０％と補正している。この方法は、充電と放電を繰り返すことによって、誤差を含むようになった残存容量を、より正確な値に補正できる。
【０００６】
しかしながら、満充電で残存容量を補正する方法によっても、電池の使用環境によっては、残存容量を正確に修正できないことがある。それは、電池の満充電を検出して充電を完了させる状態において、必ずしも残存容量が１００％となる状態では満充電されないからである。たとえば、ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池は、満充電されると、電池電圧がピーク電圧となり、あるいはピーク電圧からΔＶ低下し、あるいはまた電池の温度勾配が設定勾配よりも高くなる性質がある。このため、このことを検出して満充電と判定して充電を完了しているが、この満充電検出において、電池が満充電されて残存容量が１００％とならないことがある。
【０００７】
たとえば、高温で充電される電池は、満充電になるよりも前に温度勾配が設定勾配よりも高くなることがある。この温度環境で電池を充電して、温度勾配が設定勾配よりも高くなって、満充電と判定して充電を完了すると、残存容量は１００％とはなっていない。このため、この状態で残存容量を１００％に補正すると、正確な残存容量に修正できなくなる。さらに、電池のピーク電圧やΔＶ低下を検出して満充電と判定する方法においても、電池温度によっては、ピーク電圧やΔＶ低下となっても、実際には満充電された状態ではないことがある。このため、満充電を検出して残存容量を１００％に補正する方法は、つねに電池の残存容量を正確に修正できない欠点がある。
【０００８】
本発明は、さらにこの欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、満充電を検出して残存容量をより正確に補正できる二次電池の充電方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池の充電方法は、二次電池３の温度勾配を検出し、温度勾配があらかじめ設定している設定勾配になるときに電池の充電が完了したと判定する。二次電池の充電方法は、温度勾配が設定勾配になったときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正する。
【００１０】
本発明の二次電池の充電方法は、温度勾配が設定勾配になったときの電池温度が高いときの残存容量を、電池温度が低いときに比較して小さくする。
【００１１】
本発明の二次電池の充電方法は、二次電池３の電圧を検出し、電池電圧がピーク電圧になるときに電池の充電が完了したと判定する。二次電池の充電方法は、電池電圧がピーク電圧になったときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正する。
【００１２】
本発明の二次電池の充電方法は、電池電圧がピーク電圧になったときの電池温度が設定温度よりも低いときは残存容量を小さくする。
【００１３】
本発明の二次電池の充電方法は、二次電池３の電圧を検出し、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときに電池の充電が完了したと判定する。二次電池の充電方法は、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正する。
【００１４】
本発明の二次電池の充電方法は、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときの電池温度が設定温度よりも低いときは、残存容量を小さくする。
【００１５】
本発明の二次電池の充電方法は、二次電池３の電圧を検出し、電池電圧が設定電圧になるときに電池の充電が完了したと判定する。二次電池の充電方法は、電池電圧が設定電圧になったときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正する。
【００１６】
本発明の二次電池の充電方法は、電池電圧が設定電圧になったときの電池温度が設定温度よりも低いときは残存容量を満充電よりも小さくする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための二次電池の充電方法を例示するものであって、本発明は充電方法を以下の方法に特定しない。
【００１８】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１９】
図１は、本発明の充電方法に使用されるパック電池１と、パック電池１を充電する充電器２とを示す。図のパック電池１は、二次電池３と、パイロットランプの点灯個数や液晶等でパック電池の残存容量を表示する残存容量表示器１３と、電池の充電電流と放電電流とを検出する電流検出回路１４と、二次電池３の温度を検出する温度センサー４と、二次電池３と出力端子５との間に接続しているスイッチ６と、このスイッチ６を制御すると共に、残存容量を演算する制御回路７とを備える。
【００２０】
パック電池１は、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、またはリチウムイオン二次電池等の二次電池である。
【００２１】
温度センサー４は、二次電池３に接触するように配設されて、電池の温度を検出して、温度信号を制御回路７に入力する。温度センサー４は、サーミスター等の温度によって抵抗が変化する素子が使用される。電池に直接に接触するように配設される温度センサー４は、電池温度を正確に検出できる。ただし、温度センサー４は、二次電池３から多少離して配設することもできる。この温度センサー４は、電池の周囲の温度を検出して間接的に電池温度を検出する。
【００２２】
スイッチ６は、制御回路７に制御されて、二次電池３を充電するときと放電するときにオンに切り換えられる。充電している二次電池３の満充電が検出されると、制御回路７によって、スイッチ６はオフに切り換えられて二次電池３の充電を完了させる。また、放電している二次電池３が完全に放電されると、スイッチ６はオフに切り換えられて二次電池３の過放電を防止する。スイッチ６は、ＦＥＴやトランジスター等の半導体スイッチング素子である。
【００２３】
電流検出回路１４は、電池と直列に接続された電流検出抵抗１５と、この電流検出抵抗１５の両端の電圧を増幅して、電流に比例した電圧を出力するアンプ１６とを備える。アンプ１６の出力が制御回路７に入力されて、制御回路７は入力される電圧で、電池の充電電流と放電電流の大きさを検出する。充電電流と放電電流とでは、アンプ１６の出力電圧の＋−が逆になる。したがって、制御回路７はアンプ１６から入力される電圧信号の＋−を検出して、電池を充電しているか放電しているかを判別できる。
【００２４】
制御回路７は、二次電池３の電圧と温度のいずれかまたは両方を検出してスイッチ６を制御し、さらに、充電電流と放電電流から残存容量を演算する演算回路１１を備えている。演算回路１１は、電池の満充電を検出したときに、スイッチ６をオンからオフに切り換えて充電を停止する。演算回路１１は、温度センサー５からの入力で電池の温度を検出し、あるいは電池電圧を検出して電池が満充電かどうかを判定する。
【００２５】
演算回路１１は、以下の▲１▼〜▲４▼の状態のときに電池が満充電されたと判定する。
▲１▼ 電池温度の温度勾配が設定勾配よりも高くなったとき。
▲２▼ 電池電圧が、ピーク電圧となって上昇しなくなったとき。
▲３▼ 電池電圧が、ピーク電圧からΔＶ低下したとき。
▲４▼ 電池電圧が設定電圧まで上昇したとき。
【００２６】
演算回路１１は、二次電池３をニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池とするときに、▲１▼〜▲４▼の状態で電池の満充電を判定する。二次電池３をリチウムイオン二次電池とする場合は、▲４▼で満充電を判定する。
【００２７】
さらに、演算回路１１は、充電電流と放電電流の積算値から電池の残存容量を演算する。演算回路１１は、充電電流を時間で積分した積算値に充電効率をかけて充電した容量を演算し、放電電流を時間で積分して放電した容量を演算し、充電した容量から放電した容量を減算して残存容量を計算する。ただし、演算回路は、電池電圧から残存容量を演算することもできる。この演算回路は、電池電圧に対する残存容量の関数を記憶しており、電池電圧を検出して残存容量を演算する。
【００２８】
制御回路７の演算回路１１で演算された残存容量は、残存容量表示器１３に表示される。図２は、電池を充電して残存容量が増加する状態を示している。図の実線は演算回路１１が演算した電池の残存容量を示している。この図において、現実の電池の正しい残存容量を鎖線で示している。
【００２９】
電池は、充電されるにしたがって、残存容量が増加する。充電が進行して、時間ｔになると、演算回路１１は電池が満充電されたと判定する。演算回路１１は、前述の▲１▼〜▲４▼の方法、すなわち、温度勾配、ピーク電圧、ピーク電圧からのΔＶ低下、電池電圧等を検出して、満充電と判定する。
【００３０】
満充電と判定された電池は、そのときの残存容量が補正される。満充電と判定された電池は、満充電と判定される条件によって、すなわち▲１▼〜▲４▼のいかなる方法で満充電と判定されたかによって、残存容量の補正値が相違する。
【００３１】
図３は、電池の温度勾配を検出して満充電と判定された電池の残存容量を、電池温度で補正する特性を示している。演算回路１１は、温度センサー５からの信号で電池温度を検出し、満充電と判定されたときの温度によって、満充電と判定したときの残存容量を図３に示すように補正する。
【００３２】
図３は、満充電と判定されたときの電池温度に対する残存容量の補正値を示している。この図の補正値は、電池温度が設定温度（Ｔ1）よりも低いときは残存容量を１００％として、温度が設定温度よりも高くなると残存容量が次第に小さくなるように補正する。
【００３３】
さらに、演算回路１１は、満充電と判定したときの電池温度ではなくて、充電を開始するときの温度で、満充電と判定したときの残存容量を、図４に示すように補正することもできる。この図の補正は、充電を開始したときの電池温度が、設定温度（Ｔ2）と設定温度（Ｔ3）との間で満充電と判定されると残存容量を１００％とする。ただ、電池温度が設定温度（Ｔ2）よりも低く、あるいは設定温度（Ｔ3）よりも高くなると、残存容量を１００％よりも小さく補正する。
【００３４】
さらに、演算回路１１は電池の充電電流を検出して、満充電と判定したときの残存容量を補正することもできる。充電電流による残存容量の補正は、温度で補正された補正値に係数をかけて補正することができる。また、充電電流によって残存容量を減算して補正することもできる。図５は、充電電流に対する残存容量の補正係数を示している。この図は、充電電流が設定電流（Ｉ1）以下のときには、補正係数を１として、温度で補正された残存容量としている。充電電流が設定電流（Ｉ1）よりも大きくなると、補正係数を１以下と小さくして、温度で補正した残存容量をさらに小さく補正する。
【００３５】
図６は、電池を充電するときに、演算回路１１が満充電と判定する前に、充電電流と放電電流から演算した残存容量が１００％近くになった状態を示す。この状態は、実際に電池を充電するときによく発生する。演算回路１１は、ピーク電圧やΔＶ低下を検出して満充電と判定したときには、残存容量を１００％とするが、電流から演算した残存容量の積算値からは１００％としないからである。演算した残存容量に比較すると、ピーク電圧、ΔＶ低下、温度勾配等を検出して満充電と判定する方法が、より正確に満充電を検出できるからである。したがって、電流の積算値から演算される残存容量は、計算値が１００％になっても１００以下に設定して、満充電と判定されたときに１００％に修正してより正確に残存容量を求めることができる。
【００３６】
図６に示すように、残存容量が１００％近い状態で満充電と判定されるときも、図２と同じように電池温度で残存容量を補正する。
【００３７】
以上は、温度勾配で満充電と判定した具体例を示す。図７は、電池電圧がピーク電圧となり、あるいは、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下し、あるいはまた、電池電圧が設定電圧になったときに満充電と判定された電池の残存容量を、電池温度で補正する特性を示している。演算回路１は、温度センサー５からの信号で電池温度を検出し、満充電と判定されたときの温度によって、満充電と判定したときの残存容量を図に示すように補正する。
【００３８】
この図は、満充電と判定されたときの電池温度に対する残存容量の補正値を示している。この図の補正値は、電池温度が設定温度（Ｔ4）よりも高いときは充電された残存容量を１００％とし、電池の温度が設定温度（Ｔ4）よりも低くなると残存容量を１００％よりも小さくなるように補正している。この図は、満充電と判定したときの電池温度で残存容量を補正している。演算回路１１は、満充電と判定したときの電池温度ではなくて、充電を開始するときに温度で、満充電と判定したときの残存容量を、補正することもできる。この場合も電池温度が設定温度よりも低いときに、残存容量を１００％よりも小さく補正し、設定温度よりも高いときに残存容量を１００％とする。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の請求項１の充電方法は、温度勾配を検出して満充電と判定するときに、残存容量を正確に補正できる特長がある。それは、この充電方法が、温度勾配を検出して満充電と判定するときに、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正しているからである。
【００４０】
さらに、本発明の請求項２の充電方法は、温度勾配が設定勾配になったときの電池温度が高いときの残存容量を、電池温度が低いときに比較して小さく補正することにより、残存容量をより正確に補正できる。
【００４１】
本発明の請求項３の充電方法は、電池電圧がピーク電圧となって満充電と判定するときに、残存容量を正確に補正できる。それは、ピーク電圧を検出して満充電と判定するときに、電池温度を検出して充電が完了した電池の残存容量を補正しているからである。
【００４２】
さらに、本発明の請求項４の充電方法は、電池電圧がピーク電圧になったときの電池温度が設定温度よりも低いときは、残存容量を満充電よりも小さくすることにより、残存容量をより正確に補正できる。
【００４３】
本発明の請求項５の充電方法は、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下して満充電と判定するときに、残存容量を正確に補正できる特長がある。それは、本発明の充電方法が、ピーク電圧からΔＶ低下して満充電と判定するときに、電池温度を検出して充電が完了した電池の残存容量を補正しているからである。
【００４４】
さらに、本発明の請求項６の充電方法は、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときの電池温度が、設定温度よりも低いときには、残存容量を小さくすることにより、より正確に残存容量を補正できる。
【００４５】
本発明の請求項７の充電方法は、電池電圧を検出して満充電と判定するときに、残存容量を正確に補正できる特長がある。それは、本発明の充電方法が、電池の電圧等を検出して満充電と判定するときに、電池温度を検出して充電が完了した電池の残存容量を補正しているからである。
【００４６】
さらに、本発明の請求項８の充電方法は、電池電圧が設定電圧になったときの電池温度が設定温度よりも低いときは残存容量を小さくすることにより、より正確に残存容量を補正できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の二次電池の充電方法に使用されるパック電池のブロック線図
【図２】電池を充電して残存容量が増加する状態を示すグラフ
【図３】電池の温度勾配を検出して満充電と判定された電池の残存容量を電池温度で補正する特性を示すグラフ
【図４】満充電と判定したときの残存容量を充電開始時の電池温度で補正する特性を示すグラフ
【図５】充電電流に対する残存容量の補正係数を示すグラフ
【図６】満充電と判定する前に充電電流と放電電流から演算した残存容量が１００％近くになった状態を示すグラフ
【図７】電池電圧を検出して満充電と判定された電池の残存容量を電池温度で補正する特性を示すグラフ
【符号の説明】
１…パック電池
２…充電器
３…二次電池
４…温度センサー
５…出力端子
６…スイッチ
７…制御回路
１１…演算回路
１３…残存容量表示器
１４…電流検出回路
１５…電流検出抵抗
１６…アンプ

Claims

ニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池である二次電池(3)の温度勾配を検出し、温度勾配があらかじめ設定している設定勾配になるときに電池の充電が完了したと判定する二次電池の充電方法において、
温度勾配が設定勾配になったときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正し、
温度勾配が設定勾配になったときの電池温度が高いときの残存容量を、電池温度が低いときに比較して小さくすることを特徴とする二次電池の充電方法。
ニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池である二次電池(3)の電圧を検出し、電池電圧がピーク電圧になるときに電池の充電が完了したと判定する二次電池の充電方法において、
電池電圧がピーク電圧になったときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正し、
電池電圧がピーク電圧になったときの電池温度が設定温度よりも低いときは、残存容量を小さくすることを特徴とする二次電池の充電方法。
ニッケル−カドミウム電池またはニッケル−水素電池である二次電池(3)の電圧を検出し、電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときに電池の充電が完了したと判定する二次電池の充電方法において、
電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正し、
電池電圧がピーク電圧からΔＶ低下したときの電池温度が設定温度よりも低いときは、残存容量を小さくすることを特徴とする二次電池の充電方法。
二次電池(3)の電圧を検出し、電池電圧が設定電圧になるときに電池の充電が完了したと判定する二次電池の充電方法において、
電池電圧が設定電圧になったときの電池温度を検出し、電池温度でもって充電が完了した電池の残存容量を補正し、
電池電圧が設定電圧になったときの電池温度が設定温度よりも低いときは残存容量を小さくすることを特徴とする二次電池の充電方法。